1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Kesehatan merupakan sesuatu yang sangat penting bagi setiap orang dan berbagai upaya dilakukan agar seseorang tetap hidup sehat. Tapi tidak bisa dipungkiri penyakit bisa datang kapan saja, sehingga kesehatan menurun dan membutuhkan penanganan dokter sesegera mungkin. Ada kalanya akses menuju tempat berobat cukup jauh dan memakan waktu yang lama, sehingga dapat mengakibatkan masalah yang lebih besar. Oleh karena itu, untuk menyelesaikan permasalahan tersebut diperlukan suatu teknologi biomedis yang dilengkapi dengan antena wearable untuk pemantauan kesehatan jarak jauh dengan memanfaatkan komunikasi nirkabel pada tubuh manusia.
Penelitian mengenai antena wearable semakin meningkat beberapa tahun belakangan ini karena banyaknya permintaan dan kepentingan untuk mengaplikasikan antena pada teknologi yang bersifat wearable dan wireless.
Penggunaan antena wearable dianggap praktis dan efisien karena pengintegrasiannnya dapat dilakukan pada pakaian maupun aksesoris yang digunakan sehari-hari. Antena wearable biasanya beroperasi pada band frekuensi Industrial, Scientific, and Medical (ISM) karena bebas lisensi [1]. Sampai saat ini, antena wearable sudah diaplikasikan seperti untuk keperluan militer [2], pemantauan parameter kesehatan dan biomedis [2-4], dan juga pada pakaian pintar [5]. Selain itu, dari segi pemilihan substrat ada beberapa jenis substrat fleksibel yang telah digunakan dalam penelitian seperti PDMS [6-7], Metamaterial (MTM)[8], kertas [9], dan juga kain/tekstil [5][10-13]. Untuk substrat tekstil sendiri, tekstil yang digunakan bermacam-macam, diantaranya polyester, katun, silk, denim/jeans, nilon, kordura dan kulit. Pemilihan tekstil sebagai substrat dari antena dikarenakan sifatnya yang ringan, rendah biaya, tidak memerlukan instalasi, dan bersifat fleksibel [10][13].
Beberapa penelitian memaparkan mengenai penggunaan antena tekstil, seperti pada penelitian [13] dijelaskan penggunaan antena tekstil dengan frekuensi kerja GPS L1 dengan substrat kain flannel dan polyester dan diintegrasi pada
2
bagian depan topi dengan patch berbentuk fraktal dan menggunakan lembaran tembaga. Berdasarkan hasil pengukuran didapatkan nilai gain sebesar 2.28 dBi untuk substrat flannel dan 2.1 dBi untuk substrat polyester. Pada penelitian ini digunakan substrat yang relatif tebal, yaitu 3 mm. Berdasarkan hal tersebut, antena memiliki nilai gain yang rendah, cenderung tidak fleksibel dan patch mudah rusak jika mengalami pelekukkan. Pada penelitian lain [10] dilakukan perbandingan antena yang menggunakan substrat silk, denim, katun, dan polyester dengan ketebalan yang berbeda-beda. Pada penelitian ini hanya dilakukan hingga perbandingan hasil simulasi, tanpa dilakukan pabrikasi sehingga tidak dapat diketahui performansi antena saat direalisasikan. Nilai gain yang diperoleh adalah 3.07 dBi untuk antena dengan substrat silk. Selain itu, tidak dilakukan simulasi Specific Absorption Rate (SAR), sehingga tidak dapat diketahui antena aman digunakan pada tubuh atau tidak. Kemudian, pada penelitian [14] dilakukan perbandingan antena tekstil dengan substrat berbeda, yaitu polyester, kordura, dan lycra pada frekuensi 2.4 GHz dengan nilai gain yang didapatkan masing-masing antena adalah 6.8 dBi, 5.9 dBi, dan 6.8 dBi. Pada penelitian-penelitian tersebut tidak dilakukan pengukuran pada kondisi on-body dan kondisi pelekukkan sehingga tidak dapat diketahui performansi antena pada saat diletakkan pada tubuh dan dilekukkan.
Oleh karena itu, pada Tugas Akhir ini telah disimulasikan dan direalisasikan dua antena substrat tekstil yang bekerja pada frekuensi 5.8 GHz. Substrat yang digunakan adalah dua jenis kain, yaitu kordura dan silk. Antena menggunakan model antena mikrostrip dengan patch berbentuk rectangular dengan menggunakan jahitan benang tembaga sebagai konduktor. Hal ini dilakukan agar antena tidak mudah rusak dan bersifat lebih fleksibel saat digunakan. Selain itu, kedua antena tekstil memiliki ukuran dimensi yang sama dengan tujuan mempermudah perbandingan antena dengan substrat berbeda. Adapun antena memiliki ukuran yang cukup kecil dengan dimensi dari kedua antena adalah 35 mm 35 mm 1.5 mm. Hasil simulasi dan pengukuran, pada kondisi free space, on-body, dan pelekukkan menunjukkan bahwa kedua antena tekstil memiliki nilai VSWR kurang dari 1.4 pada frekuensi 5.8 GHz dengan bandwidth lebih dari 150 MHz dengan batas VSWR adalah 2. Antena pun memiliki nilai gain yang cukup
3
besar, yaitu lebih dari 5 dBi. Selain itu, untuk menunjukkan bahwa antena yang dirancang aman digunakan pada tubuh, maka dilakukan simulasi Spesific Absorption Rate (SAR), dengan hasil kedua antena tekstil memiliki nilai SAR masih di bawah 1.6 W/kg [8][15] yang merupakan batas standar SAR aman untuk tubuh. Hal ini menjelaskan bahwa kedua antena tekstil aman untuk digunakan pada tubuh.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang pada Tugas Akhir ini, berikut merupakan beberapa permasalahan yang dapat dirumuskan :
1. Bagaimana merancang dan merealisasikan antena mikrostrip dengan substrat tekstil agar memenuhi karakteristik yang diharapkan?
2. Bagaimana cara mendapatkan hasil karakteristik antena yang baik saat kondisi free space dan kondisi on-body?
3. Bagaimana hasil perbandingan karakteristik dari dua antena dengan substrat yang berbeda?
4. Bagaimana hasil perbandingan nilai karakteristik antena tekstil antara simulasi dan pengukuran?
5. Bagaimana pengaruh uji fleksibilitas terhadap karakteristik antena tekstil?
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dan manfaat yang dibahas pada Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Melakukan perancangan, simulasi, dan realisasi antena mikrostrip dengan substrat tekstil pada frekuensi kerja 5.8 GHz untuk aplikasi biomedis.
2. Menganalisis perbandingan kinerja dua antena tekstil dengan substrat yang berbeda
3. Menganalisis perbandingan karakteristik antena antara simulasi dan pengukuran
4. Mengetahui pengaruh pelekukkan terhadap karakteristik antena tekstil 5. Menganalisis nilai SAR antena tekstil terhadap tubuh melalui simulasi
4 1.4 Batasan Masalah
Permasalahan yang telah dipaparkan dalam Tugas Akhir ini dibatasi oleh beberapa hal, yaitu :
1. Antena yang dirancang dan direalisasikan merupakan antena mikrostrip dengan patch berbentuk rectangular.
2. Simulasi hasil perancangan antena tekstil menggunakan software CST Studio Suite 2018.
3. Menggunakan frekuensi 5.8 GHz.
4. Antena tidak diintegrasikan pada sistem.
5. Antena menggunakan dua substrat berbeda, yaitu kordura dan silk.
6. Patch dan groundplane antena menggunakan jahitan benang tembaga.
7. Parameter antena yang akan dianalisis adalah VSWR, bandwidth, gain, dan pola radiasi antena
8. Nilai SAR ditentukan berdasarkan hasil simulasi menggunakan software.
1.5 Metode Penelitian
Metode yang akan digunakan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Studi Literatur
Pada tahap ini dilakukan pengumpulan referensi dan pengkajian teoritis melalui buku maupun jurnal ilmiah yang terkait dengan Tugas Akhir.
2. Perancangan dan Simulasi
Pada tahap ini dilakukan perhitungan nilai dimensi antena secara teoritis, kemudian disimulasikan menggunakan software untuk dioptimasi sehingga memperoleh nilai spesifikasi antena yang ingin dicapai.
3. Realisasi
Pada tahap ini dilakukan pabrikasi antena tekstil dengan mengikuti hasil rancangan yang sudah dioptimasi dan memenuhi spesifikasi yang dibutuhkan. Pabrikasi dilakukan secara manual tanpa proses pencetakan PCB.
5 4. Pengujian dan Pengukuran
Pada tahap ini dilakukan uji coba dan pengukuran antena pada medan dekat dan medan jauh untuk mengetahui karakteristik antena tekstil yang sudah dipabrikasi. Pengukuran antena dilakukan pada dua kondisi, yaitu pada kondisi free space dan kondisi on-body.
5. Analisis dan Evaluasi
Pada tahap ini, dilakukan analisis antara simulasi setiap tekstil dan juga perbandingan kedua jenis antena untuk mengetahui perbedaan dan kesalahan yang ada sehingga dapat ditemukan solusi untuk mengatasi permasalahan tersebut.
1.6 Sistematika Penulisan
Pada Tugas Akhir ini digunakan sistematika penulisan sebagai berikut:
1. BAB I PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi latar belakang, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah, metode penelitian, dan sistematika penulisan.
2. BAB II DASAR TEORI
Pada bab ini berisi teori dasar yang menunjang penyusunan dan penyelesaian masalah pada Tugas Akhir
3. BAB III PERANCANGAN DAN SIMULASI
Pada bab ini berisi penjelasan tentang perancangan antena melalui perhitungan manual, yang kemudian disimulasikan pada software CST Studio Suite 2018 hingga diperoleh hasil optimum dari optimasi yang dilakukan.
4. BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISIS
Pada bab ini berisi pembahasan mengenai data hasil pengukuran dan analisis hasil pengukuran yang dilakukan.
5. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Pada bab ini berisi tentang kesimpulan yang didapatkan dari Tugas Akhir yang telah dilakukan dan disertai dengan saran untuk perbaikan selanjutnya.
